(57)【要約】【課題】各ブレードの位置に応じて各ブレードのピッチ角を個別に変更すること。【解決手段】実施形態に係る発電装置は、プロペラと、位置検出器と、ピッチ制御部とを備える。プロペラは、ピッチ角を変更可能な複数のブレードを有し、流体によって回転する。位置検出器は、プロペラの回転位置を検出する。そして、ピッチ制御部は、プロペラの回転位置によって特定されるブレード各々の位置に応じてピッチ角を変更するピッチ制御処理を行う。【選択図】図２Ｂ
2013221404.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピッチ角を変更可能な複数のブレードを有し、流体によって回転するプロペラと、
前記プロペラの回転位置を検出する位置検出器と、
前記プロペラの回転位置によって特定される前記ブレード各々の位置に応じて前記ピッチ角を変更するピッチ制御処理を行うピッチ制御部と
を備えることを特徴とする発電装置。
【請求項２】
前記プロペラの回転位置を制御して、前記複数のブレードのうち一のブレードを所定の取付け位置または取外し位置に位置させる位置制御処理を行う位置制御部
をさらに備え、
前記ピッチ制御部は、
前記位置制御部によって前記位置制御処理が行われる場合に、前記一のブレードのピッチ角を、前記取付け位置または前記取外し位置に対応するピッチ角へ変更すること
を特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【請求項３】
前記位置検出器から前記プロペラの回転位置を取得する回転位置取得部
をさらに備え、
前記回転位置取得部は、
前記位置検出器から取得した前記プロペラの回転位置を前記ピッチ制御部および前記位置制御部の双方へ出力すること
を特徴とする請求項２に記載の発電装置。
【請求項４】
前記プロペラの回転によって発電を行う発電機と、
前記発電機によって発電された電力を電力変換して電力系統へ供給する電力変換部と
をさらに備え、
前記位置制御部は、
前記発電機を電動機として使用して前記プロペラの回転位置を制御するように前記電力変換部を制御することによって、前記複数のブレードのうち一のブレードを前記取付け位置または前記取外し位置に位置させること
を特徴とする請求項２または３に記載の発電装置。
【請求項５】
前記位置制御部は、
前記位置検出器によって検出される前記プロペラの回転位置に基づいて前記位置制御処理を行うとともに、前記位置検出器によって検出される前記プロペラの回転位置から得られる前記発電機の回転速度に基づいて、前記電力変換部を制御して前記発電機による発電を制御する発電制御処理を行うこと
を特徴とする請求項４に記載の発電装置。
【請求項６】
前記ピッチ制御部は、
前記ピッチ制御処理を行うことによって、低い位置に位置する前記ブレードほど前記流体を受ける面積を大きくすること
を特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【請求項７】
前記プロペラ周辺の前記流体の速度を検出する流体検出器
をさらに備え、
前記ピッチ制御部は、
前記流体検出器によって検出される流体速度に基づいて前記プロペラの回転速度の変化を予測し、予測結果に基づいて前記ピッチ制御処理を補正すること
を特徴とする請求項６に記載の発電装置。
【請求項８】
複数の発電装置を備える発電システムであって、
前記発電装置は、
ピッチ角を変更可能な複数のブレードを有し、流体によって回転するプロペラと、
前記プロペラの回転位置を検出する位置検出器と、
前記プロペラの回転位置によって特定される前記ブレード各々の位置に応じて前記ピッチ角を変更するピッチ制御処理を行うピッチ制御部と
を備えることを特徴とする発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示の実施形態は、発電装置および発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、風や海流等の流体によってプロペラを回転させて発電を行うプロペラ式の発電装置が知られている。たとえば、風力発電装置は、プロペラが風を受けて回転する機械エネルギーを発電機によって電気エネルギーへ変換する。
【０００３】
近年、プロペラ式の発電装置では、各ブレードの推力やモーメントの差をなくすために、各ブレードにかかる荷重をそれぞれ検出し、検出した荷重に応じて各ブレードのピッチ角を個別に制御する技術が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１１３７６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の技術は、各ブレードの位置に応じて各ブレードのピッチ角を個別に変更することができなかった。
【０００６】
実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、各ブレードの位置に応じて各ブレードのピッチ角を個別に変更することができる発電装置および発電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態の一態様に係る発電装置は、プロペラと、位置検出器と、ピッチ制御部とを備える。プロペラは、ピッチ角を変更可能な複数のブレードを有し、流体によって回転する。位置検出器は、プロペラの回転位置を検出する。そして、ピッチ制御部は、プロペラの回転位置によって特定されるブレード各々の位置に応じてピッチ角を変更するピッチ制御処理を行う。
【発明の効果】
【０００８】
実施形態の一態様によれば、各ブレードの位置に応じて各ブレードのピッチ角を個別に変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る風力発電装置の構成を示す図である。
【図２Ａ】図２Ａは、地表付近と上空における風速の違いを説明するための図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、第１の実施形態に係るピッチ制御処理の動作例を示す図である。
【図３】図３は、ピッチ制御部に記憶される回転位置−ピッチ角変換情報の一例を示す図である。
【図４】図４は、ピッチ駆動部の構成を示す図である。
【図５】図５は、ブレードの取り外し時におけるプロペラ位置制御処理およびピッチ制御処理の動作例を示す図である。
【図６】図６は、ブレードの取り外し手順とピッチ角との関係の一例を示す図である。
【図７Ａ】図７Ａは、プロペラ位置制御処理時におけるピッチ制御処理の他の動作例を示す図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、プロペラ位置制御処理時におけるピッチ制御処理の他の動作例を示す図である。
【図８】図８は、第１の実施形態に係る風力発電装置の構成を示すブロック図である。
【図９】図９は、電力変換部の構成の一例を示すブロック図である。
【図１０】図１０は、トルク指令生成部の構成を示すブロック図である。
【図１１】図１１は、第２の実施形態に係るウィンドファームの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して、本願の開示する発電装置および発電システムの実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る風力発電装置の構成を示す図である。図１に示すように、第１の実施形態に係る風力発電装置１は、風力発電部１０と、電力変換装置２０とを備え、電力系統３０へ電力を供給する。なお、説明を分かり易くするために、図１では一部の構成を図示していない。かかる不図示の構成については、図８等を参照して説明する。
【００１２】
風力発電部１０は、塔体１１、ナセル１２およびプロペラ１３を有する風車１４を備える。ナセル１２は、塔体１１に回転自在に支持される。また、プロペラ１３は、ハブ１３ａと、ハブ１３ａの異なる位置にそれぞれ取り付けられる複数のブレード１３ｂとを備える。複数のブレード１３ｂは、ピッチ角が変更可能である。
【００１３】
ここで、ピッチ角とは、プロペラ１３の回転面とブレード１３ｂの翼弦とのなす角度のことである。かかるピッチ角を小さくするほど、ブレード１３ｂが風を受ける面積が広くなる、言い換えれば、ブレード１３ｂが風から受ける抗力が大きくなるため、より多くのエネルギーを風から取り出すことが可能となる。
【００１４】
以下では、風から最も効率的にエネルギーを取り出すことのできるピッチ角（たとえば、０度）を「ファイン角」と記載し、風から取り出すエネルギーが最も小さくなるピッチ角（たとえば、９０度）を「フェザリング角」と記載する。
【００１５】
なお、第１の実施形態では、３つのブレード１３ｂがハブ１３ａに対して等間隔（すなわち、１２０度間隔）で取り付けられる場合の例について説明するが、ハブ１３ａに対して取り付けられるブレード１３ｂの個数は、３つに限定されない。
【００１６】
ナセル１２内には、シャフト１７（主軸）を介してプロペラ１３に接続された発電機１５が収納される。発電機１５は、電動機としても用いることができる回転電機であり、たとえば、永久磁石タイプの回転電機である。シャフト１７は、プロペラ１３のハブ１３ａに接続される。
【００１７】
また、ナセル１２内には、風力によって回転するプロペラ１３の回転位置を検出する位置検出器１６が収納されている。この位置検出器１６は、たとえば絶対値エンコーダであり、シャフト１７の回転位置を検出することによってプロペラ１３の回転位置を検出する。位置検出器１６によって検出されたプロペラ１３の回転位置は、後述する統括制御部４０へ出力される。
【００１８】
電力変換装置２０は、電力変換部２１と、変換制御部２２と、操作部２３とを備える。かかる電力変換装置２０は、塔体１１内に配置される。
【００１９】
電力変換部２１は、風力発電部１０の発電機１５と電力系統３０との間で双方向に電力変換を行う。電力変換部２１としては、たとえばマトリクスコンバータを用いることができる。かかる電力変換部２１の構成例については、図８を用いて説明する。
【００２０】
変換制御部２２は、電力変換部２１へ制御信号を出力して、発電機１５から電力系統３０への電力変換を電力変換部２１に対して行わせる発電制御処理を行う。これにより、発電機１５によって発電された電力が電力変換部２１によって直流−直流変換されて電力系統３０へ供給される。
【００２１】
また、変換制御部２２は、電力変換部２１へ制御信号を出力して、電力系統３０から発電機１５への電力変換を電力変換部２１に対して行わせることで、発電機１５を電動機として使用してプロペラ１３の回転位置を制御するプロペラ位置制御処理も行う。かかるプロペラ位置制御処理は、たとえばブレード１３ｂの交換作業時において、操作部２３への操作に基づいて実行されるが、かかる点については後述する。
【００２２】
このように、変換制御部２２は、電力変換部２１へ制御信号を出力して、発電機１５と電力系統３０との間で双方向の電力変換を行わせることで、発電制御処理やプロペラ位置制御処理を行う。
【００２３】
また、風力発電装置１は、統括制御部４０と、ピッチ制御部５０とをさらに備え、位置検出器１６から出力されるプロペラ１３の回転位置に基づき、ブレード１３ｂのピッチ角をブレード１３ｂの位置に応じたピッチ角へ変更するピッチ制御処理を行う。なお、統括制御部４０は、たとえば塔体１１内に配置され、ピッチ制御部５０は、たとえばナセル１２内に配置される。
【００２４】
統括制御部４０は、位置検出器１６からプロペラ１３の回転位置を取得し、取得した回転位置をピッチ制御部５０へ出力する。このように、位置検出器１６によって検出されるプロペラ１３の回転位置は、統括制御部４０経由でピッチ制御部５０へ入力される。
【００２５】
ピッチ制御部５０は、位置検出器１６によって検出されたプロペラ１３の回転位置を統括制御部４０経由で取得すると、プロペラ１３の回転位置に応じたピッチ角変更指令をブレード１３ｂごとに生成し、生成したピッチ角変更指令に従って、ブレード１３ｂのピッチ角をブレード１３ｂごとに変更する。
【００２６】
［発電制御処理時におけるピッチ制御処理］
ここで、発電制御処理時において実行されるピッチ制御処理の内容について図２Ａ、図２Ｂを用いて説明する。図２Ａは、地表付近と上空における風速の違いを説明するための図であり、図２Ｂは、第１の実施形態に係るピッチ制御処理の動作例を示す図である。
【００２７】
図２Ａおよび図２Ｂを用いて説明するピッチ制御処理は、変換制御部２２によって発電制御処理が実行されている場合、すなわち、発電機１５から電力系統３０への電力変換を電力変換部２１に対して行わせる場合に実行される。
【００２８】
図２Ａに示すように、地表付近の風速は、地表面の摩擦の影響等によって上空よりも弱くなる傾向がある。したがって、地表から低い位置にあるブレード１３ｂが風から受ける抗力は、地表から高い位置にあるブレード１３ｂと比較して小さくなる傾向がある。
【００２９】
このため、地表から高い位置に位置するブレード１３ｂのピッチ角と地表から低い位置に位置するブレード１３ｂのピッチ角とを同一とすると、これらのブレード１３ｂ間で推力や負荷に偏りが生じるおそれがある。
【００３０】
そこで、ピッチ制御部５０は、ピッチ制御処理を行うことによって、低い位置に位置するブレード１３ｂほど風を受ける面積を大きくすることとした。これにより、ブレード１３ｂ間における推力や負荷の偏りを低減することができる。
【００３１】
たとえば、図２Ｂの点線で示すように、ブレード１３ｂ１の先端が地表から最も高い位置に位置するとする。この場合、ピッチ制御部５０は、ブレード１３ｂ１のピッチ角をたとえばフェザリング角、すなわち、風を最も受け難い角度とする。また、ピッチ制御部５０は、ブレード１３ｂ１よりも低い位置に位置するブレード１３ｂ２およびブレード１３ｂ３のピッチ角をフェザリング角よりも大きいピッチ角、すなわち、ブレード１３ｂ１よりも風を受けやすい角度とする。
【００３２】
また、ピッチ制御部５０は、風を受けてプロペラ１３が回転し、これに伴って各ブレード１３ｂ１，１３ｂ２，１３ｂ３の位置が変化すると、かかる変化に応じて、各ブレード１３ｂ１，１３ｂ２，１３ｂ３のピッチ角をそれぞれ変更する。
【００３３】
たとえば、各ブレード１３ｂ１，１３ｂ２，１３ｂ３の位置が図２Ｂの点線で示す位置から実線で示す位置へ変化し、ブレード１３ｂ３の先端が地表から最も近い位置に位置したとする。この場合、ブレード１３ｂ３は図２Ｂの点線で示す位置よりも地表に近づくため、ピッチ制御部５０は、ブレード１３ｂ３のピッチ角を図２Ｂの点線で示す位置におけるピッチ角よりも小さいピッチ角（たとえば、ファイン角）へ変更する。
【００３４】
また、ブレード１３ｂ１も図２Ｂの点線で示す位置より地表に近づくため、ピッチ制御部５０は、ブレード１３ｂ１のピッチ角を図２Ｂの点線で示す位置におけるピッチ角よりも小さいピッチ角へ変更する。一方、ブレード１３ｂ２は図２Ｂの点線で示す位置よりも地表から遠ざかるため、ピッチ制御部５０は、ブレード１３ｂ２のピッチ角を図２Ｂの点線で示す位置におけるピッチ角よりも大きいピッチ角へ変更する。
【００３５】
このように、第１の実施形態に係るピッチ制御部５０は、低い位置に位置するブレード１３ｂほどピッチ角が小さくなるように、言い換えれば、地表から近い位置に位置するブレード１３ｂほど風を受ける面積が大きくなるようにピッチ角をブレード１３ｂごとに変更する。したがって、各ブレード１３ｂ間での推力や負荷の偏りを生じ難くすることができる。
【００３６】
上述したピッチ制御処理についてより具体的に説明する。ピッチ制御部５０は、位置検出器１６から統括制御部４０経由でプロペラ１３の回転位置を取得し、取得した回転位置に応じてピッチ角変更指令を生成する。ここで、ピッチ制御部５０が行うピッチ角変更指令の生成処理について図３を用いて説明する。図３は、ピッチ制御部５０に記憶される回転位置−ピッチ角変換情報の一例を示す図である。
【００３７】
ピッチ制御部５０は、図示しない記憶部を備えており、かかる記憶部には、図３に示す回転位置−ピッチ角変換情報が記憶される。図３に示す回転位置−ピッチ角変換情報は、プロペラ１３の回転位置と、各ブレード１３ｂ１，１３ｂ２，１３ｂ３のピッチ角とを関連付けた情報である。
【００３８】
ピッチ制御部５０は、プロペラ１３の回転位置を取得すると、プロペラ１３の回転位置に対応する各ブレード１３ｂ１，１３ｂ２，１３ｂ３のピッチ角を図３に示す回転位置−ピッチ角変換情報を用いて決定、決定したピッチ角に応じてピッチ角変更指令をそれぞれ生成する。
【００３９】
たとえば、図３に示すように、位置検出器１６から取得した回転位置が「ｐ１」である場合、ピッチ制御部５０は、各ブレード１３ｂ１，１３ｂ２，１３ｂ３のピッチ角をそれぞれ「θ１」、「θ２」、「θ３」に決定する。そして、ピッチ制御部５０は、各ブレード１３ｂ１，１３ｂ２，１３ｂ３の変更後のピッチ角をそれぞれ「θ１」、「θ２」、「θ３」とするピッチ角変更指令をブレード１３ｂ１，１３ｂ２，１３ｂ３ごとに生成する。
【００４０】
そして、ピッチ制御部５０は、生成したピッチ角変更指令に従って各ブレード１３ｂのピッチ角を変更する。具体的には、各ブレード１３ｂにはピッチ駆動部が設けられており、ピッチ制御部５０は、かかるピッチ駆動部をピッチ角変更指令に従って制御することによって、各ブレード１３ｂのピッチ角を変更する。
【００４１】
図４は、ピッチ駆動部の構成を示す図である。図４に示すように、各ブレード１３ｂには、ピッチ駆動部３１がそれぞれ設けられる。各ピッチ駆動部３１は、ハブ１３ａ内に配置される。なお、図４では、３つのブレード１３ｂのうちの２つのブレード１３ｂのみを示しているが、残りのブレード１３ｂにも同様のピッチ駆動部３１が設けられる。
【００４２】
ピッチ駆動部３１は、ギア３１ａと、モータ３１ｂと、ＡＣ（Alternate  Current）ドライバ３１ｃとを備える。ピッチ駆動部３１は、ＡＣドライバ３１ｃを用いてモータ３１ｂを駆動させ、かかるモータ３１ｂの回転に伴ってギア３１ａを回転させることによって、ギア３１ａに接続されたブレード１３ｂを回転させる。これにより、ブレード１３ｂのピッチ角が変更される。
【００４３】
また、各ブレード１３ｂには、位置検出器３２がそれぞれ設けられる。位置検出器３２は、たとえば絶対値エンコーダであり、ブレード１３ｂの内部に配置される。かかる位置検出器３２は、ブレード１３ｂのピッチ角を検出してピッチ制御部５０へ出力する。
【００４４】
ピッチ制御部５０は、位置検出器３２から取得した現在のピッチ角とピッチ角変更指令とを用いて、目標のピッチ角と現在のピッチ角との差分を算出する。そして、ピッチ制御部５０は、算出した差分が小さくなるようにピッチ駆動部３１のＡＣドライバ３１ｃを制御する。これにより、ピッチ制御部５０は、各ブレード１３ｂのピッチ角を、各ブレード１３ｂの位置に応じた所望のピッチ角へ変更することができる。
【００４５】
なお、ピッチ制御部５０は、各ピッチ駆動部３１のＡＣドライバ３１ｃと信号線８２を介して接続されるとともに、各位置検出器３２と信号線８３を介して接続される。そして、ピッチ制御部５０は、各位置検出器３２から信号線８３を介して各ブレード１３ｂの現在のピッチ角を取得し、各ＡＣドライバ３１ｃに対して信号線８２を介して制御信号を送信する。また、各ＡＣドライバ３１ｃは、給電ケーブル８１を介して給電部６０に接続されており、かかる給電部６０から給電ケーブル８１を介して電力が供給される。
【００４６】
［プロペラ位置制御処理およびこれに伴うピッチ制御処理］
ところで、位置検出器１６によって検出されるプロペラ１３の回転位置は、上述したピッチ制御処理だけでなく、変換制御部２２が行うプロペラ位置制御処理にも用いられる。また、変換制御部２２によってプロペラ位置制御処理が行われる場合、ピッチ制御部５０は、かかるプロペラ位置制御処理に応じたピッチ制御処理を行う。以下では、プロペラ位置制御処理について説明した後に、プロペラ位置制御処理時におけるピッチ制御処理について説明する。
【００４７】
まず、プロペラ位置制御処理について説明する。変換制御部２２は、操作部２３への操作に基づいて電力変換部２１へ制御信号を出力し、プロペラ位置制御処理または発電制御処理を電力変換部２１に実行させる。プロペラ位置制御処理は、電力系統３０から出力される電力を変換して発電機１５へ供給して発電機１５を電動機として動作させる処理である。また、発電制御処理は、発電機１５から出力された電力を電力系統３０に応じた電力へ変換して電力系統３０へ出力する処理である。
【００４８】
そして、操作部２３への操作によってプロペラ位置制御処理が選択された場合、変換制御部２２はプロペラ位置制御処理を実行する。
【００４９】
プロペラ位置制御処理は、ハブ１３ａにブレード１３ｂを取り付ける場合、ハブ１３ａからブレード１３ｂを取り外す場合、ブレード１３ｂの点検やメンテナンスを行う場合などに実行される。変換制御部２２は、プロペラ位置制御処理を実行することで、たとえば、操作部２３への操作によって指定された目標位置（取付け位置または取外し位置に相当）にブレード１３ｂの位置を一致させる。
【００５０】
目標位置の情報は、ブレード１３ｂの取り付けや取り外しが容易な位置としてブレード１３ｂ毎に、予め変換制御部２２内に設定されており、操作部２３への操作によって選択される。なお、操作部２３への操作によって入力される位置情報を目標位置とすることで、任意の目標位置を設定することもできる。
【００５１】
変換制御部２２は、位置検出器１６によって検出されたプロペラ１３の回転位置と操作部２３への操作によって指定された目標位置とに基づき、プロペラ１３の回転位置を目標位置に一致させるように制御信号を生成する。変換制御部２２は、生成した制御信号を電力変換部２１へ出力する。
【００５２】
なお、変換制御部２２は、位置検出器１６によって検出されたプロペラ１３の回転位置を統括制御部４０経由で取得する（図１参照）。すなわち、統括制御部４０は、位置検出器１６からプロペラ１３の回転位置を取得すると、取得した回転位置をピッチ制御部５０および変換制御部２２へ出力する。
【００５３】
このように、第１の実施形態に係る風力発電装置１では、位置検出器１６によって検出されるプロペラ１３の回転位置を統括制御部４０へ入力して、かかる統括制御部４０から変換制御部２２およびピッチ制御部５０へ分配することとした。したがって、位置検出器１６によって検出されるプロペラ１３の回転位置をピッチ制御処理だけでなく、プロペラ位置制御処理や後述する発電制御処理にも利用することができる。
【００５４】
なお、位置検出器１６によって検出されるプロペラ１３の回転位置を、統括制御部４０経由ではなく変換制御部２２およびピッチ制御部５０へ直接入力するように風力発電装置１を構成してもよい。
【００５５】
次に、プロペラ位置制御時においてピッチ制御部５０が実行するピッチ制御処理について説明する。ここでは一例として、ブレード１３ｂの取り外し時におけるプロペラ位置制御処理およびピッチ制御処理について図５および図６を用いて説明する。図５は、ブレード１３ｂの取り外し時におけるプロペラ位置制御処理およびピッチ制御処理の動作例を示す図であり、図６は、ブレード１３ｂの取り外し手順とピッチ角との関係の一例を示す図である。
【００５６】
なお、ここでは、各ブレード１３ｂ１，１３ｂ２，１３ｂ３をブレード１３ｂ１、ブレード１３ｂ２、ブレード１３ｂ３の順に取り外すこととする。
【００５７】
作業者が操作部２３を操作して、プロペラ位置制御処理を指定し、ハブ１３ａから取り外すブレードとしてブレード１３ｂ１を選択する。これにより、変換制御部２２においてブレード１３ｂ１の取り外しを行うための目標位置、すなわち、ブレード１３ｂ１の取り外しが容易な位置が指定される。なお、かかる目標位置としては、たとえば、ブレード１３ｂ１の先端が鉛直下向きを向く位置、すなわち、ブレード１３ｂ１の先端が地表に最も近づく位置である。
【００５８】
変換制御部２２は、プロペラ１３の回転位置を統括制御部４０から取得し、取得した回転位置と操作部２３によって指定された目標位置との差を検出する。そして、プロペラ１３の回転位置と目標位置との差に基づき、プロペラ１３の回転位置を目標位置と一致させる制御信号を生成して電力変換部２１へ入力する。これによって、プロペラ１３の回転位置が目標位置へと変化してゆき、図５に示すように、風車１４は目標位置、すなわち、ブレード１３ｂ１の取り外しが容易な位置で停止する。
【００５９】
一方、ハブ１３ａから取り外すブレードとしてブレード１３ｂ１が選択された場合、かかる操作情報が統括制御部４０経由でピッチ制御部５０へ入力される。そして、ピッチ制御部５０は、上記操作情報を取得すると、ブレード１３ｂ１に対応するピッチ駆動部３１（図４参照）を駆動させることによって、ブレード１３ｂ１のピッチ角をブレード１３ｂ１の取り外しが容易なピッチ角（以下、「取外角度」と記載する）へ変更する。
【００６０】
このように、第１の実施形態では、プロペラ位置制御処理によって取り外し対象となるブレード１３ｂを目標位置で自動的に停止させることができるだけでなく、ピッチ制御処理によって取り外し対象となるブレード１３ｂのピッチ角を取り外しが容易なピッチ角に自動的に変更することができる。したがって、第１の実施形態に係る風力発電装置１によれば、ブレード１３ｂの取り外し作業を容易に行うことができる。
【００６１】
また、図５に示すように、ピッチ制御部５０は、取り外し対象ではないブレード１３ｂ２およびブレード１３ｂ３のピッチ角を「フェザリング角」、すなわち、ブレード１３ｂ２およびブレード１３ｂ３が風から受ける抗力が最も少なくなるピッチ角に変更する。
【００６２】
これにより、たとえばブレード１３ｂ１の取り外し作業中に突風が吹いたとしても、ブレード１３ｂ２，１３ｂ３が風を受け流すため、ブレード１３ｂ１の位置ずれが生じ難い。したがって、取り外し対象であるブレード１３ｂ１をより安定して停止させておくことができる。
【００６３】
このように、ピッチ制御部５０は、ブレード１３ｂ１をハブ１３ａから取り外す場合には、ブレード１３ｂ１のピッチ角を「取外角度」に変更し、ブレード１３ｂ２，１３ｂ３のピッチ角を「フェザリング角」に変更する（図６のステップＳ０１参照）。
【００６４】
すなわち、ピッチ制御部５０は、３つのブレード１３ｂが全て取り付けられた状態で、１つのブレード１３ｂをハブ１３ａから取り外す場合には、取り外し対象であるブレード１３ｂのピッチ角を「取外角度」に変更し、残りのブレード１３ｂのピッチ角を「フェザリング角」に変更する。なお、取り外し対象ではないブレード１３ｂのピッチ角は、必ずしも「フェザリング角」であることを要しない。
【００６５】
なお、プロペラ位置制御処理時におけるピッチ制御処理は、取り外し対象であるブレード１３ｂが目標位置に到達した後に実行されてもよいし、取り外し対象であるブレード１３ｂが目標位置に到達するタイミングで各ブレード１３ｂのピッチ角の変更が完了するように実行されてもよい。
【００６６】
つづいて、作業者は、操作部２３を操作して、ハブ１３ａから取り外すブレードとしてブレード１３ｂ２を選択する。これにより、変換制御部２２においてブレード１３ｂ２の取り外しを行うための目標位置が指定され、変換制御部２２は、あらたな目標位置にプロペラ１３の回転位置を一致させる制御信号を生成して電力変換部２１へ入力する。この結果、プロペラ１３の回転位置が目標位置へと変化してゆき、ブレード１３ｂ２が目標位置で停止する。
【００６７】
この手順において、ピッチ制御部５０は、取り外し対象ではないブレード１３ｂ３のピッチ角をフェザリング角に維持しつつ、取り外し対象であるブレード１３ｂ２のピッチ角を取外角度へ変更する（図６のステップＳ０２参照）。
【００６８】
また、作業者は、操作部２３を操作して、ハブ１３ａから取り外すブレードとしてブレード１３ｂ３を選択する。これにより、変換制御部２２が上記と同様の処理を行い、ブレード１３ｂ３は目標位置で停止する。そして、ピッチ制御部５０が、取り外し対象であるブレード１３ｂ３のピッチ角を取外角度へ変更することによって（図６のステップＳ０３参照）、作業者は、ブレード１３ｂ３を容易に取り外すことができる。
【００６９】
なお、上述においては、ブレード１３ｂをハブ１３ａから取り外す手順について説明したが、変換制御部２２は、ブレード１３ｂをハブ１３ａに取り付ける場合にも、プロペラ１３の回転位置を目標位置に一致させることができる。これにより、シャフト１７を目標位置に静止させることができ、ブレード１３ｂの取り付けを取り外しと同様に容易に行うことができる。
【００７０】
また、ピッチ制御部５０は、ブレード１３ｂをハブ１３ａに取り付ける場合には、取り付け対象となるブレード１３ｂのピッチ角を所定の取付角度とし、既に取り付け済みのブレード１３ｂのピッチ角をフェザリング角とする。これにより、ブレード１３ｂの取り付けを取り外しと同様に容易に、かつ、安定して行うことができる。
【００７１】
このように、第１の実施形態では、変換制御部２２（位置制御部の一例に相当）が、プロペラ１３の回転位置を制御して、複数のブレード１３ｂのうち一のブレード１３ｂを所定の取付け位置または取外し位置に位置させる位置制御処理を行う。そして、ピッチ制御部５０が、変換制御部２２によってプロペラ位置制御処理が行われる場合に、取付け対象または取外し対象となるブレード１３ｂのピッチ角を、取付け位置または取外し位置に対応するピッチ角へ変更することとした。したがって、ブレード１３ｂの取り付けや取り外しを容易に行うことができる。
【００７２】
なお、プロペラ位置制御処理時におけるピッチ制御処理は、上述した処理内容に限定されない。そこで、以下では、プロペラ位置制御処理時におけるピッチ制御処理の他の動作例について説明する。図７Ａおよび図７Ｂは、プロペラ位置制御処理時におけるピッチ制御処理の他の動作例を示す図である。
【００７３】
上述においては、ブレード１３ｂ１をハブ１３ａから取り外す場合に、取り外し対象ではないブレード１３ｂ２，１３ｂ３のピッチ角をフェザリング角とすることで、プロペラ１３の回転位置を安定させることとした。しかし、ブレード１３ｂ２，１３ｂ３のピッチ角は、フェザリング角以外の角度であってもよい。
【００７４】
たとえば、図７Ａに示すように、ピッチ制御部５０は、ブレード１３ｂ２のピッチ角をファイン角とし、ブレード１３ｂ３のピッチ角を、ファイン角を１８０度反転させた逆ファイン角としてもよい。
【００７５】
ピッチ角がファイン角となったブレード１３ｂ２は、図７Ａに示すように、風を受けることによってプロペラ１３の回転方向と同じ方向に回転しようとする。一方、ピッチ角が逆ファイン角となったブレード１３ｂ３は、風を受けることによってプロペラ１３の回転方向とは逆方向に回転しようとする。この結果、ブレード１３ｂ２がプロペラ１３を回転させる力とブレード１３ｂ３がプロペラ１３を回転させる力とがつり合い、シャフト１７を安定して停止させておくことができる。
【００７６】
なお、図７Ａでは、ブレード１３ｂ２のピッチ角をファイン角とし、ブレード１３ｂ３のピッチ角を逆ファイン角としたが、これとは反対に、ブレード１３ｂ２のピッチ角を逆ファイン角とし、ブレード１３ｂ３のピッチ角をファイン角としてもよい。
【００７７】
また、上述においては、ブレード１３ｂ２をハブ１３ａから取り外す場合に、ブレード１３ｂ３のピッチ角をフェザリング角とした（図６のステップＳ０２参照）。しかし、ピッチ制御部５０は、かかるブレード１３ｂ３のピッチ角を図７Ｂに示すように逆ファイン角としてもよい。
【００７８】
３つのブレード１３ｂが全て取り付けられた状態（たとえば図５参照）では、取り外し対象ではない２つのブレード１３ｂ（図５では、ブレード１３ｂ２，１３ｂ３）の自重によって左右のバランスが保たれた状態となっている。しかし、図７Ｂに示すように、３つのブレード１３ｂのうち１つが既に取り外された状態では、上記のバランスが崩れるため、プロペラ１３の回転位置を維持するためにより多くの力が必要となる。
【００７９】
そこで、ピッチ制御部５０は、取り外し対象ではないブレード１３ｂ３のピッチ角を逆ファイン角に変更してもよい。これによりブレード１３ｂ３は、風を受けることによって、ブレード１３ｂ３が自重によってシャフト１７を回転させる方向とは逆方向に回転しようとする。すなわち、ブレード１３ｂ３が自重によってシャフト１７を回転させる力を、ブレード１３ｂ３が風力によってシャフト１７を回転させる力によって緩和させることで、シャフト１７を安定して停止させておくことができる。
【００８０】
なお、図７Ｂに示す状態とは逆に、ブレード１３ｂ３が既に取り外されており、ブレード１３ｂ１がハブ１３ａに取り付けられているならば、ブレード１３ｂ１のピッチ角をファイン角とすればよい。このように、取り外し対象ではないブレード１３ｂが残り１つの場合には、風力によってシャフト１７を回転させようとする方向が自重によってシャフト１７を回転させようとする方向と逆方向になるように、かかるブレード１３ｂのピッチ角を変更してもよい。
【００８１】
なお、発電制御処理時におけるピッチ制御処理を実行するモードからプロペラ位置制御処理時におけるピッチ制御処理を実行するモードへの切り替えは、作業者による操作部２３への操作に基づいて行われる。
【００８２】
すなわち、作業者が操作部２３を操作してプロペラ位置制御処理を指定すると、プロペラ位置制御処理が指定された旨の情報が統括制御部４０へ出力される。そして、統括制御部４０は、かかる情報を取得すると、ピッチ制御部５０に対してモード切替指令を出力する。これにより、ピッチ制御部５０は、発電制御処理時におけるピッチ制御処理を実行するモードからプロペラ位置制御処理時におけるピッチ制御処理を実行するモードへ処理モードを切り替える。
【００８３】
また、各ブレード１３ｂがハブ１３ａに取り付けられているか否かは、たとえば、各ブレード１３ｂの有無を検出するブレード検知センサをハブ１３ａ内に配置し、かかるブレード検知センサからの出力に基づいて判定することができる。
【００８４】
［風力発電装置１の構成］
次に、第１の実施形態に係る風力発電装置１の構成について、図面を用いてさらに具体的に説明する。図８は第１の実施形態に係る風力発電装置１のブロック図である。
【００８５】
図８に示すように、風力発電装置１は、風力発電部１０と、電力変換装置２０と、統括制御部４０と、ピッチ制御部５０とを備える。風力発電部１０は、上述した風車１４、発電機１５および位置検出器１６に加え、風検出器１８をさらに備える。風検出器１８は、風車１４周辺の風速を検出し、検出した風速を風速検出値として統括制御部４０へ出力する。
【００８６】
電力変換装置２０は、発電機電流検出器１９、電力変換部２１、変換制御部２２および操作部２３を備える。なお、変換制御部２２は、風力発電部１０の発電機１５によって発電される電力によって動作するが、発電機１５によって電力を得ることができない場合には、図示しない無停電電源装置（ＵＰＳ：Uninterruptible  Power  Supply）から電力の供給を受けて動作することとしてもよい。
【００８７】
発電機電流検出器１９は、電力変換部２１と発電機１５の間に流れる電流を検出し、検出した電流の瞬時値を発電機電流検出値として変換制御部２２へ出力する。なお、発電機電流検出器１９として、たとえば、磁電変換素子であるホール素子を利用して電流を検出する電流センサを用いることができる。
【００８８】
電力変換部２１は、発電機１５と電力系統３０との間で双方向に電力変換を行う。ここで、電力変換部２１の構成例について図９を用いて説明する。図９は、電力変換部２１の構成の一例を示すブロック図である。
【００８９】
図９に示すように、電力変換部２１は、発電機１５の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）と電力系統３０の各相（Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相）とを接続する複数の双方向スイッチＳＷ１〜ＳＷ９を備える。なお、発電機１５の各相と電力変換部２１との間には発電機電流検出器１９が配置されるが、図９においては、説明の便宜上、図示していない。
【００９０】
双方向スイッチＳＷ１〜ＳＷ９は、例えば、単一方向のスイッチング素子を互いに逆方向に並列接続した２素子から構成することができる。スイッチング素子として、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）などの半導体スイッチが用いられる。そして、かかる半導体スイッチのゲートに信号を入力して各半導体スイッチをＯＮ／ＯＦＦすることで、通電方向が制御される。
【００９１】
双方向スイッチＳＷ１〜ＳＷ３は、発電機１５のＵ相、Ｖ相およびＷ相と電力系統３０のＲ相とをそれぞれ接続する双方向スイッチである。双方向スイッチＳＷ４〜ＳＷ６は、発電機１５のＵ相、Ｖ相およびＷ相と電力系統３０のＳ相とをそれぞれ接続する双方向スイッチである。双方向スイッチＳＷ７〜ＳＷ９は、発電機１５のＵ相、Ｖ相およびＷ相と電力系統３０のＴ相とをそれぞれ接続する双方向スイッチである。これらの双方向スイッチＳＷ１〜ＳＷ９が後述する制御信号発生部６６によってＰＷＭ制御されることによって、発電機１５と電力系統３０との間での電力変換が行われる。
【００９２】
なお、電力変換部２１は、図９に示す構成に限定されない。たとえば、電力変換部２１は、単相マトリクスコンバータを各相ごとに直列に接続した直列多重マトリクスコンバータであってもよい。また、ここでは、電力変換部２１が、単体で双方向の電力変換を行うマトリクスコンバータである場合の例について示したが、電力変換部２１は、発電機１５から電力系統３０への電力変換を行うマトリクスコンバータと、電力系統３０から発電機１５への電力変換を行うマトリクスコンバータとを含んで構成されてもよい。
【００９３】
また、ここでは、電力変換部２１がマトリクスコンバータである場合の例について説明したが、電力変換部２１は、マトリクスコンバータのような交流−交流直接変換を行う電力変換部に限らず、交流−直流−交流変換を行う電力変換部であってもよい。
【００９４】
図８に戻って、変換制御部２２の構成を説明する。変換制御部２２は、トルク指令生成部６１と、電圧指令生成部６２と、系統電圧検出部６３と、電圧位相生成部６５と、制御信号発生部６６と、速度演算部６７とを備える。
【００９５】
速度演算部６７は、位置検出器１６から統括制御部４０経由でプロペラ１３の回転位置を取得し、取得したプロペラ１３の回転位置から発電機１５の回転速度を演算する処理部である。
【００９６】
たとえば、シャフト１７の回転を増速して発電機１５へ出力する増速機を介することなくシャフト１７と発電機１５と接続される場合、発電機１５の回転速度はシャフト１７の回転速度と同一となる。このため、速度演算部６７は、プロペラ１３の回転位置の情報からシャフト１７の回転速度を演算することによって、発電機１５の回転速度を得ることができる。
【００９７】
一方、シャフト１７と発電機１５とが増速機を介して接続している場合、速度演算部６７は、プロペラ１３の回転位置の情報からシャフト１７の回転速度を演算し、かかる演算結果に対して増速機の増速比に応じた係数を乗じることによって、発電機１５の回転速度を得ることができる。
【００９８】
このように、第１の実施形態に係る風力発電装置１では、速度演算部６７が、位置検出器１６によって検出されたプロペラ１３の回転位置を用いて発電機１５の回転速度を算出することとした。したがって、第１の実施形態に係る風力発電装置１によれば、発電機１５の回転速度を検出する速度検出器を別途設けることなく、発電機１５の回転速度を得ることができる。
【００９９】
なお、第１の実施形態に係る風力発電装置１では、速度演算部６７が発電機１５の回転速度を演算することとしたが、発電機１５の回転速度の演算は、たとえば統括制御部４０が行ってもよい。
【０１００】
発電機１５の回転速度は、トルク指令生成部６１および位置制御部６９へ入力される。トルク指令生成部６１は、発電機１５の回転トルクを決定するトルク指令を生成して出力する。ここで、トルク指令生成部６１の構成について図１０を用いて説明する。図１０は、トルク指令生成部６１の構成を示すブロック図である。
【０１０１】
図１０に示すように、トルク指令生成部６１は、第１減算部６１ａと、角速度指令変換部６１ｂと、第２減算部６１ｃと、トルク指令変換部６１ｄを備える。
【０１０２】
第１減算部６１ａには、外部から角度位置指令が、統括制御部４０から発電機１５の回転位置がそれぞれ入力される。ここで、発電機１５の回転位置は、プロペラ１３の回転位置に基づき統括制御部４０によって算出される。第１減算部６１ａは、角度位置指令から発電機１５の回転位置を減算して角速度指令変換部６１ｂへ出力する。
【０１０３】
すなわち、第１減算部６１ａは、角度位置指令によって規定される目標角度位置と発電機１５の現在の回転位置とを比較し、目標角度位置と発電機１５の現在の回転位置との差分を位置差分信号として角速度指令変換部６１ｂへ出力する。
【０１０４】
角速度指令変換部６１ｂは、第１減算部６１ａから取得した位置差分信号を微分することによって角速度指令を生成し、生成した角速度指令を第２減算部６１ｃへ出力する。
【０１０５】
第２減算部６１ｃには、角速度指令変換部６１ｂから角速度指令が、速度演算部６７から発電機１５の回転速度がそれぞれ入力される。かかる第２減算部６１ｃは、角速度指令から回転速度を減算してトルク指令変換部６１ｄへ出力する。すなわち、第２減算部６１ｃは、角速度指令によって規定される目標角速度と発電機１５の現在の回転速度とを比較し、これらの差分を速度差分信号としてトルク指令変換部６１ｄへ出力する。
【０１０６】
そして、トルク指令変換部６１ｄは、第２減算部６１ｃから取得した速度差分信号を用いてトルク指令を生成し、切替器７０を介して電圧指令生成部６２へ出力する。
【０１０７】
このように、トルク指令生成部６１は、位置検出器１６によって検出されたプロペラ１３の回転位置から得られる発電機１５の回転位置および回転速度を用いたフィードバック制御を行うことで、より高精度なトルク指令を出力することができる。
【０１０８】
図８に戻って、電圧指令生成部６２について説明する。電圧指令生成部６２は、入力されるトルク指令に応じた発電機１５に対する電圧指令を生成して制御信号発生部６６へ出力する。たとえば、電圧指令生成部６２は、トルク指令生成部６１からトルク指令を取得した場合、このトルク指令に基づいて電圧指令を生成して、制御信号発生部６６へ出力する。この場合、電圧指令生成部６２は、たとえば一つの方法として、電圧指令を生成するために発電機電流検出器１９が検出した発電機電流検出値を取得し、発電機電流検出値からトルク発生に寄与するトルク電流成分を抽出する。電圧指令生成部６２は、このように抽出したトルク電流成分とトルク指令生成部６１から取得したトルク指令との偏差に基づき電圧指令を生成する。
【０１０９】
系統電圧検出部６３は、電力変換部２１と電力系統３０との間の接続点を監視して電力系統３０の電圧を検出し、検出した電圧の瞬時値を系統電圧検出値として電圧位相生成部６５および制御信号発生部６６へ出力する。
【０１１０】
電圧位相生成部６５は、電力系統３０の三相の電圧値から、電力系統３０の電圧位相の情報を生成して、制御信号発生部６６へ出力する処理部である。
【０１１１】
制御信号発生部６６は、電力変換部２１に電力変換を行わせるＰＷＭパルスパターンの制御信号を生成して、生成した制御信号を電力変換部２１へ出力する。制御信号発生部６６は、制御信号の生成を、電圧指令生成部６２から取得した電圧指令、系統電圧検出部６３から取得した系統電圧検出値、電圧位相生成部６５から取得した電圧位相の情報などに基づいて行う。
【０１１２】
電力変換部２１は、制御信号発生部６６から出力されるＰＷＭパルスパターンの制御信号に基づき、双方向スイッチＳＷ１〜ＳＷ９（図９参照）をＯＮ／ＯＦＦして、電力変換を行う。かかる電力変換部２１は、入力される電圧を双方向スイッチＳＷ１〜ＳＷ９によって直接スイッチングすることにより、発電機１５側の制御と電力系統３０側の制御とをそれぞれ行う。これにより、電力変換部２１は、発電機１５の発電電力を電力系統３０側の電圧値および周波数に合せて電力変換し、出力することができる。
【０１１３】
このように、変換制御部２２は、位置検出器１６によって検出されるプロペラ１３の回転位置から得られる発電機１５の回転速度に基づいてトルク指令を生成し、かかるトルク指令に従って電力変換部２１を制御して発電機１５による発電を制御する。すなわち、第１の実施形態に係る風力発電装置１では、位置検出器１６によって検出されるプロペラ１３の回転位置を発電制御処理にも利用することができる。
【０１１４】
また、変換制御部２２は、位置指令部６８と、位置制御部６９と、切替器７０とをさらに備える。そして、変換制御部２２は、これらの処理部を用いてプロペラ位置制御処理を実行する。
【０１１５】
位置指令部６８は、目標位置を規定する位置指令の情報を内部の記憶部に複数記憶しており、操作部２３によって指定されたプロペラ１３の回転位置に応じた位置指令を内部の記憶部から読み出して位置制御部６９へ出力する。位置指令部６８に記憶される位置指令は、各ブレード１３ｂを取り付けまたは取り外しする際に最適なハブ１３ａの位置を目標位置とする情報である。あるいは操作部２３にて目標位置を直接指令して、ブレード１３ｂの取り付けまたは取り外しに最適な回転位置のみならず、任意の回転位置にプロペラ１３を停止させる構成とすることも可能である。
【０１１６】
たとえば、ハブ１３ａの０度の回転位置がブレード１３ｂ１の取り外し等に最適な位置であり、ハブ１３ａの１２０度の回転位置がブレード１３ｂ２の取り外し等に最適な位置であるとする。また、ハブ１３ａの２４０度の回転位置がブレード１３ｂ３の取り外し等に最適な位置であるとする。
【０１１７】
この場合、位置指令部６８は、ハブ１３ａの０度の回転位置、１２０度の回転位置、２４０度の回転位置をそれぞれ目標位置とする位置指令を内部の記憶部に記憶する。そして、たとえば、操作部２３によってブレード１３ｂ２が指定された場合、位置指令部６８は、ハブ１３ａの１２０度の回転位置を目標位置とする位置指令を内部の記憶部から読み出して位置制御部６９へ出力する。
【０１１８】
なお、位置指令部６８は、操作部２３から指定されたハブ１３ａの回転位置に対応する位置指令を生成して位置制御部６９へ出力することもできる。また、位置指令部６８において、たとえば、ハブ１３ａの０度以上３６０度未満のそれぞれの回転位置（たとえば、１度毎の回転位置）を目標位置とする位置指令を内部の記憶部に記憶してもよい。この場合、操作部２３からハブ１３ａの回転位置が指定されると、指定された回転位置を目標位置とする位置指令を内部の記憶部から読み出して位置制御部６９へ出力する。
【０１１９】
また、位置指令部６８は、操作部２３によってハブ１３ａの回転位置が指定された場合、切替器７０へ切替信号を出力する。この切替信号によって、切替器７０は、電圧指令生成部６２へ入力されるトルク指令をトルク指令生成部６１のトルク指令から位置制御部６９のトルク指令へ切り替える。
【０１２０】
位置制御部６９は、位置指令部６８から出力される位置指令、統括制御部４０から出力される回転位置、速度演算部６７から出力される回転速度をそれぞれ取得する。そして、位置制御部６９は、位置指令、回転位置および回転速度に基づいて、プロペラ１３の回転位置を位置指令で規定される目標位置に一致させるトルク指令を出力する。
【０１２１】
具体的には、位置制御部６９は、まず、位置指令から位置検出値を減算して位置差分信号を生成し、生成した位置差分信号をＰＩ（比例積分）増幅して速度信号へ変換する。そして、位置制御部６９は、速度信号から速度検出値を減算して速度差分信号を生成し、生成した速度差分信号をＰＩ（比例積分）増幅してトルク指令へ変換して切替器７０へ出力する。
【０１２２】
位置制御部６９から出力されたトルク指令は、切替器７０へ入力され、切替器７０を介して電圧指令生成部６２へ出力される。電圧指令生成部６２は、位置制御部６９から入力されるトルク指令に応じた電圧指令を制御信号発生部６６へ出力する。これにより、電力系統３０から発電機１５への電力変換が行われ、プロペラ１３が操作部２３によって指定された目標位置に移動して停止する。
【０１２３】
このように、電力変換装置２０では、位置指令部６８や位置制御部６９を用いてプロペラ位置制御処理を行う。すなわち、変換制御部２２は、発電機１５を電動機として使用してプロペラ１３の回転位置を制御するように電力変換部２１を制御することにより、クレーンや油圧装置などを用いずに、ブレード１３ｂを取付け位置または取外し位置に位置させることができる。そのため、プロペラ１３を停止させてブレード１３ｂの取り付けや取り外しを容易に行うことができ、風力発電部１０の設置作業や保守作業の作業性を向上させることができる。
【０１２４】
また、位置制御部６９は、プロペラ１３の回転位置が目標位置に達した後、プロペラ１３の回転位置と目標位置とに基づいた制御信号を制御信号発生部６６から引き続き電力変換部２１へ出力させる。これにより、プロペラ１３の回転位置が目標位置に達した後にプロペラ１３の回転位置を目標位置に静止させることができる。
【０１２５】
上述してきたように、第１の実施形態では、風力発電装置１が、プロペラ１３と、位置検出器１６と、ピッチ制御部５０とを備える。プロペラ１３は、ピッチ角を変更可能な複数のブレード１３ｂを有し、風（流体の一例）によって回転する。位置検出器１６は、プロペラ１３の回転位置を検出する。そして、ピッチ制御部５０は、プロペラ１３の回転位置によって特定されるブレード１３ｂ各々の位置に応じてピッチ角を変更するピッチ制御処理を行う。したがって、第１の実施形態によれば、各ブレード１３ｂの位置に応じて各ブレード１３ｂのピッチ角を個別に変更することができる。
【０１２６】
［ピッチ制御処理の変形例］
ところで、プロペラ１３の回転速度は、風速の変動に対して僅かに遅れて変動するのが通常である。たとえば、風速が強くなった場合には、かかる風速の変動から僅かに遅れてプロペラ１３の回転速度は速くなる。そこで、ピッチ制御部５０は、風検出器１８によって検出される風速に基づいてプロペラ１３の回転速度の変化を予測し、かかる予測結果に基づいてピッチ制御処理を補正してもよい。
【０１２７】
たとえば、ピッチ制御部５０は、風検出器１８からの風速検出値を統括制御部４０経由で取得する。また、ピッチ制御部５０は、図示しない記憶部を備えており、かかる記憶部には、直前に取得した風速検出値が記憶される。
【０１２８】
そして、ピッチ制御部５０は、あらたに取得した風速検出値と記憶部に記憶された風速検出値とを比較し、あらたに取得した風速検出値が記憶部に記憶された風速検出値よりも大きい場合には、プロペラ１３の回転速度が速くなると予測する。そして、ピッチ制御部５０は、プロペラ１３の回転速度が速くなると予測した場合には、各ブレード１３ｂのピッチ角を全体的に大きくする。これにより、プロペラ１３の過回転を未然に防止することができる。
【０１２９】
一方、ピッチ制御部５０は、あらたに取得した風速検出値が記憶部に記憶された風速検出値よりも小さい場合には、プロペラ１３の回転速度が遅くなると予測する。そして、ピッチ制御部５０は、プロペラ１３の回転速度が遅くなると予測した場合には、各ブレード１３ｂのピッチ角を全体的に小さくする。これにより、プロペラ１３の回転不足による発電量不足を未然に防止することができる。
【０１３０】
このように、ピッチ制御部５０は、風検出器１８によって検出される風速に基づいてプロペラ１３の回転速度の変化を予測し、予測結果に基づいてピッチ制御処理を補正することとしてもよい。
【０１３１】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、風力発電部１０と電力変換装置２０とを有する風力発電装置１について説明したが、第２の実施形態では、複数の風力発電装置が設置されるウィンドファームについて説明する。図１１は、第２の実施形態に係るウィンドファームの構成を示す図である。なお、第２の実施形態に係るウィンドファームは、本願の開示する発電システムの一例である。
【０１３２】
図１１に示すように、第２の実施形態に係るウィンドファーム１００には、複数の風力発電装置１１０が設けられており、各風力発電装置１１０は送電線１４０に接続される。また、各風力発電装置１１０は、風力発電部１２０と、電力変換装置１３０とを備える。
【０１３３】
ここで、各風力発電装置１１０は、上述した第１の実施形態に係る風力発電装置１と同様の構成である。すなわち、風力発電部１２０は、風力発電部１０と同様の構成であり、電力変換装置１３０は、電力変換装置２０と同様の構成である。
【０１３４】
電力変換装置１３０が送電線１４０へ出力する電圧は、電力系統の電圧に合わせている。すなわち、電力変換装置１３０において電力変換部を、たとえば、マトリクスコンバータとする。また、マトリクスコンバータが有する変圧器を一次側の定格電圧が電力系統の電圧と一致するような変圧比をもつ変圧器とする。これにより、電力変換装置１３０を直接送電線１４０へ接続することができる。
【０１３５】
そのため、マトリクスコンバータを電力変換装置１３０の電力変換部とした場合には、別途変圧器を用意する必要がなく、構成の簡略化および省スペース化を図ることが可能となる。
【０１３６】
なお、マトリクスコンバータが有する変圧器の一次巻線に複数のタップを設け、電力系統の電圧に応じたタップを選択して送電線１４０に接続することで、構成の簡略化および省スペース化を図りつつも、電圧の異なる電力系統に接続することが可能となる。
【０１３７】
また、風力発電部１２０の発電機を電動機として動作させることによって、風車の回転位置を制御するので、ブレードの取り付けや取り外しが容易になり、ウィンドファーム１００全体の建設工事の効率化および工期短縮を図ることができる。
【０１３８】
上述してきた各実施形態では、風力発電装置に対して本願の開示する発電装置を適用した場合の例について説明してきた。しかし、本願の開示する発電装置は、たとえば海流によってプロペラを回転させて発電を行う潮力発電装置など、風力発電装置以外のプロペラ式の発電装置にも適用することができる。
【０１３９】
また、上述してきた各実施形態では、変換制御部２２が、発電機１５を電動機として使用してプロペラ１３の回転位置を制御するように電力変換部２１を制御することによってプロペラ位置制御処理を行うこととした。しかし、プロペラ位置制御処理は、発電機１５を電動機として使用して行うものに限定されない。
【０１４０】
たとえば、変換制御部２２は、位置検出器１６によって検出されるプロペラ１３の回転位置に基づいて、発電機１５の出力軸に設けられるブレーキ装置（図示せず）を制御することによって、ブレード１３ｂの取付け位置または取外し位置としてブレード１３ｂごとに決められた位置にプロペラ１３の回転位置を一致させることとしてもよい。
【０１４１】
また、上述してきた各実施形態では、ピッチ制御部５０が統括制御部４０と別体で設けられる場合の例を示したが、ピッチ制御部５０は、統括制御部４０と一体的に構成されてもよい。
【０１４２】
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【０１４３】
１，１１０  風力発電装置
１０，１２０  風力発電部
１３  プロペラ
１３ａ  ハブ
１３ｂ  ブレード
１４  風車
１５  発電機
１６  位置検出器
１７  シャフト
２０，１３０  電力変換装置
２１  電力変換部
２２  変換制御部
２３  操作部
３０  電力系統
４０  統括制御部
５０  ピッチ制御部
１００  ウィンドファーム
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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